随着航空航天领域对轻质化、多功能化等需求的不断增加,通过对点阵结构进行合理的几何、拓扑及优化设计并将其填充至零部件中,可在实现零部件轻量化的同时,使其具有多种新功能特性。以点阵结构填充方式为代表的轻量化设计方法具有重要的工程应用价值。本文对点阵微结构轻量化设计展开研究,主要的研究工作如下:（1）针对点阵结构的模型构建问题,首先,实现了骨架线模型表达点阵模型数据信息的方法。然后,在骨架线模型的基础上提出了基于向量内积的距离场生成算法,实现了点阵模型隐式曲面的构造,同时采用OMP（Open Multi-Processing）技术提高了距离场构建效率。最后,提出了基于OMP改进的MC（Marching Cubes）算法,有效地缩短了离散网格点阵模型的构建时间。（2）针对点阵结构的边界适形问题,开展了面向模型形貌特征的共形点阵结构设计研究,并针对具有薄壁特征、多个不同形状曲面特征及更加复杂形貌特征零部件的点阵填充设计,分别提出了基于网格偏置、多重特征面及体网格的共形点阵构建方法,实现了与模型设计域形貌特征相匹配的、晶胞完整的共形点阵模型的构建。（3）针对点阵结构的性能优化问题,提出了一种基于MIST（Moving Iso-Surface Threshold）的杆径优化技术。通过二分法迭代更新等值面阈值及杆半径值的方式,实现了点阵模型中材料的优化分布,提高了优化计算的效率,同时实验结果表明,点阵结构的力学性能得到有效提升。（4）针对点阵结构在轻量化应用过程中易发生界面剥离破坏性失效的问题,提出了一种面基响应驱动的边界强化技术。有效地降低了点阵结构与模型之间的连接部分发生界面剥离破坏性失效的风险,在保证牢固连接的同时,实现了点阵填充区的有效承载。